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浙江师范大学:发现细胞分裂素在水稻产量形成中发挥的重要的作用

发布时间:2020-09-04 阅读数:9370

       近日,浙江师范大学生化学院张可伟课题组的最新研究成果揭示了水稻细胞分裂素氧化酶CKX11调节叶片衰老和穗粒数,协调源库关系,在水稻产量形成中发挥的重要的作用。相关研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金杰出青年科学基金的资助。研究成果于Plant Biotechnology Journal 在线发表,论文题为Cytokinin oxidase/dehydrogenase OsCKX11 coordinates source and sink relationship in rice by simultaneous regulation of leaf senescence and grain number。



       旗叶和籽粒分别属于禾谷类作物的源和库,二者都关系到作物产量形成。叶片早衰显著降低了光合速率,减少光合产物积累,严重降低了作物产量。而禾谷类植物的穗粒数是决定作物产量的重要因素之一。细胞分裂素作为一种重要的小分子激素,在叶片衰老和穗粒数/种子数目形成方面起着重要作用。

       研究利用CRISPR-Cas9基因编辑技术创制了水稻11个细胞分裂素氧化酶突变体,利用黑暗离体诱导叶片衰老的方法鉴定了能调控叶片衰老的基因OsCKX11。田间试验表明OsCKX11突变体不仅表现出叶片适度延缓衰老表型,而且分蘖数和穗粒数均显著增加。基因表达模式分析表明OsCKX11主要在根、叶和穗部表达,并强烈受脱落酸(ABA)和叶片衰老的诱导。亚细胞定位证明GFP-CKX11融合蛋白定位于细胞质。原位杂交进一步证明其在枝梗原基表达。体外重组OsCKX11蛋白催化多种类型细胞分裂素的降解,但对反式(trans-zeatin)和顺式玉米素(cis-zeatin) 表现出较强的偏好性。与野生型(WT)相比,OsCKX11突变体旗叶的细胞分裂素水平显著升高。此外,在OsCKX11突变体中,ABA生物合成基因下调,ABA降解基因上调,从而降低了ABA的含量,说明OsCKX11在叶片衰老过程中介导了细胞分裂素和ABA之间的拮抗关系。研究揭示了细胞分裂素调控叶片衰老的分子机理,发现OsCKX11是细胞分裂素和ABA拮抗调控水稻叶片衰老的关键基因,进一步发现敲除OsCKX11能同时提高光合作用和籽粒数,提高作物产量,为揭示叶片衰老分子机理以及作物分子育种提供了新思路。



图1. OsCKX11调控水稻源库关系作用模式图


       张可伟课题组的章薇讲师、已毕业研究生彭凯轩、崔付斌为论文的共同第一作者;张可伟教授为通讯作者。该工作得到中科院遗传发育所程祝宽研究员、王永红研究员和中国水稻所曾大力研究员的指导与合作。

 
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